JPH087098B2 - １つ以上のスペクトル的にフィルタ処理された光検出器電流による多色光源の較正 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は分光測光器の較正、特に
光源によって出力された放射光の分離したスペクトル帯
域を見る１つ以上のスペクトル的にフィルタされた光検
出器によって出力された１つ以上の光検出器電流を監視
することによる分光測光標準光源の較正に関する。

【０００２】

【従来の技術】ほぼ 200ナノメータの波長を持つ近紫外
線からほぼ2500ナノメータの波長の短波赤外線のスペク
トル内容を範囲とする多色光源の較正は、例えば工場お
よび実験室並びに宇宙船における光源の利用を含む種々
の適応にとって重要である。ここにおいて使用されてい
る光という用語は、上記の重要なスペクトル範囲を通る
放射線を含んでいると理解される。宇宙船搭載の光源較
正の適応は、一般に光源の地上ベースの実験的較正にお
ける較正条件には見られない較正プロセスへの制限およ
び問題を生じさせる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】宇宙船搭載イメージ放
射測定装置に対する絶対的な分光測光較正には、通常パ
ワーレベルで実行される較正が数オーダーの大きさだけ
利用可能な標準方式のものと異なっていることが必要で
ある。これは、異なるパワーレベルで放射線を出力する
ことができる標準方式の光源に対する正確なダイナミッ
ク範囲を必要とする。光源から受取られた放射光エネル
ギの強度を変化する１つ方法は、光源と放射光の受信器
との間の距離を変化することである。しかしながら、こ
の方法は受信放射光の強度を設定するための理想化され
た逆２乗法則を想定している。実際には、光源の幾何学
形状および実験室環境中の別の要因のために逆２乗関係
からのずれがある。パワーレベルの制御のために距離の
変化を使用した場合の別の欠点は、較正を行うために利
用可能な空間量を著しく増加することが必要なことであ
る。したがって、ある程度距離変化の使用は実際的では
なく、さらに可変的な強度が要求された場合には較正の
正確さが不十分の可能性がある。

【０００４】高い信頼性の安定した光源を実現する際の
別の観点は、基準光源が放射光の基準強度を出力するた
めに供給される予め設定された量の電流および電圧で動
作されることである。これは、予め設定された量の電流
および電圧による較正過程中に前に達成された放射光の
基準強度が依然として以降の光源の利用に有効であると
いう予測に基づいている。しかしながら、時間に関する
予測不可能なドリフトがあるため、予め設定された量の
電流および電圧が光源を付勢するために供給され続けて
いても、光源の以降の使用時に強度およびスペクトル分
布が異なる。したがって、光源への入力電流および電圧
の値だけに依存することは、高い精度が要求される分光
測光器の較正の十分な正確さを保証するものではない。

【０００５】特に、光源が真空状態で動作される宇宙船
環境において別の問題が生じる。光源は光源の動作中に
熱を生成し、熱は空気環境中の光源の動作中光源を通っ
て循環している気流による対流によって除去される。し
かしながら、宇宙船の真空環境において光源を冷却する
ための気流はなく、その結果光源の温度は空気環境にお
ける動作中のものより高い値に上昇する。温度の変化
は、光源によって放射される光の強度およびスペクトル
分布を変化する。したがって、実験室において空気環境
中で較正された光源は、真空で動作したときに異なる放
射線特性を有している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、放射光を
放射する電流により光源を付勢する本発明による装置お
よび装置を使用するプロセスによって克服され、別の利
点が提供される。放射光は、光検出器に入射した放射光
と入射した放射光に応答して光検出器によって出力され
た光検出器電流との間の固定された関係を有するスペク
トル的にフィルタされた光検出器を使用することによっ
て検出される。一般的に述べると、光検出器は入力電流
と出力放射光との間の関係における光源より入力放射光
と出力電流との間の関係で安定している。事実、長期間
にわたって所定の入力放射光強度に対して出力電流の数
百分の１パーセント内まで安定している光検出器が存在
している。光度と光電流との間において 200〜300 分の
１パーセント内の精度の正確な直線関係を有するいくつ
かのタイプの光検出器が発見されている。光検出器の特
性の使用は、逆２乗法則および光源と試験下の装置間の
距離変化に依存せずにラジオメータまたはその他の装置
の正確な分光測光較正を可能にする。

【０００７】本発明の重要な特徴によると、光検出器に
よって出力された電流は、光源の較正中に光源によって
出力された光による光検出器の照明中に監視される。光
検出器電流の大きさは入射した放射光の強度の尺度とし
て機能する。本発明は、入射した放射光が強度の基準値
を有することを示す光検出器電流の前に設定された値を
得るように光源によって放射された放射光の強度の調節
を行う。それによって放射光の既知の強度は光検出器電
流を監視することによって光源に対して設定され、それ
によって放射光の正確に制御された基準強度を分光測光
器の較正に利用可能にする。

【０００８】本発明の別の特徴によると、光の強度は放
射光に対して均一なスペクトル特性を設定する光源に一
定量の電流を供給し、較正のために所望の強度に放射光
強度を減少するようにスクリーンまたはアイリスのよう
な機械的な手段によって放射光を減衰することによって
制御されてもよい。スクリーンまたはアイリスは光検出
器によって出力された電流の大きさにしたがって動作さ
れる。その代りとして、放射光の強度の調節は固定され
たアイリスおよび光源に対する電流の可変的な入力値の
使用によって達成されることができる。真空環境におけ
る光源の動作のために、開いた観察ポートを有するハウ
ジング内に光源および光検出器を包囲することが有効で
あり、光検出器によるハウジング内における内部反射に
よって生成された放射光の均一なフィールドの観察を行
うように光検出器と光源との間にバッフルが位置されて
いる。ハウジングの内部および観察ポートは真空中にあ
る。例えば、光源は白熱電球であってもよい。光源に供
給される電力は、放射光の所望の強度を示す光検出器の
電流量を生成するように調節される。光源および光検出
器を有するハウジングの全体的な組立ては、所望の光検
出器電流を設定する絶対的な標準方式のランプに対する
比較のために地上ベースの実験室において空気中で較正
されてもよい。その後、ハウジング、光源および光検出
器の組立て体は光電流を監視することによって所望の強
度に放射光を正確に維持することで真空で宇宙船に搭載
されて動作されることができる。

【０００９】

【実施例】本発明は、種々の強度レベルおよびスペクト
ル分布の放射光を持つ放射測定装置を較正するために使
用されることができる適切な光源を提供する。本発明の
好ましい実施例において、較正光源はほぼ 200ナノメー
タの波長を有する近紫外線からスペクトルの可視部分を
通ってほぼ2500ナノメータの波長を持つ短波赤外線まで
の範囲の広いスペクトル領域にわたって動作する多色光
源である。本発明の種々の実施例は、較正光源からの光
の強度およびスペクトル分布の制御を行う。図１乃至図
４は較正光源によって放射された光の強度の自動制御を
表し、一方図５は較正光源から放射された光の強度およ
びスペクトル分布の両方の自動制御を示す。

【００１０】図１を参照すると、較正システム10は放射
測定装置16を較正および、または試験するためにこの放
射測定装置16の方向に光のビーム14を放射する光源12を
含む。ビーム14の光の一部分は装置16によって受光さ
れ、ビーム14の光の別の部分は本発明の好ましい実施例
ではフォトダイオードである検出器18によって受光され
る。検出器18は以降説明されるように、光源12によって
出力された放射光において重要な１つ以上の特定のスペ
クトル帯域を観察するためのスペクトルフィルタ処理に
より動作される。検出器18は、光源12を付勢するために
電源またはアイリス開口のような強度制御装置24を動作
する制御装置22にスイッチ20を介して出力電流を供給す
る。強度制御装置24が可変的な電源を含んでいる場合、
強度制御装置24は所望の強度またはスペクトル分布で光
を出力するように光源12を付勢するように適切な値で電
圧および電流を出力する。システム10はさらに標準光源
26、選択的な標準検出器18A （破線で示されている）、
電流測定メータ28、アナログからデジタルフォーマット
への電気信号の変換器30、デジタルからアナログフォー
マットへの電気信号の変換器32、デジタルフォーマット
で電気信号を蓄積するメモリ34およびメモリ34中へのデ
ータの手動入力を可能にする入力装置36を含んでいる。
制御装置22は差動増幅器38およびフィードバックループ
補償フィルタ40を含んでいる。

【００１１】白熱電球バルブは本発明の好ましい実施例
にしたがって光源12において使用されてもよい。白熱電
球は、電球に入力された電力の関数としてその出力の相
対的なスペクトル分布の変化を示す。白熱電球は熱源で
あり、まず第１の近似に対して理想的な黒体放射光源の
機能上の形態に追従する。光源12が白熱電球を含んでい
る場合、光強度およびスペクトル分布は、増加された入
力電力および光源12の光出力パワーの対応した増加が結
果的にスペクトルの低周波部分の強度に対するスペクト
ルの高周波部分の強度の比を増加させるという意味で関
連されている。例えば、青色および赤色の両方の光は白
熱電球バルブによって出力され、光強度における増加は
光の青色および赤色の両スペクトル成分を増加させ、青
色光の強度は光パワーの全体的な増加により赤色光の強
度よりも急速に増加する。したがって、赤色スペクトル
成分に対する青色スペクトル成分の強度比はビーム14に
おける光の強度の増加と共に増大する。

【００１２】図２の（ａ）は検出器18によって出力され
た電流の増加と検出器18に入射した光の強度の増加との
間の直線的な関係を示す。この直線的な関係は、白熱電
球の場合には比較的狭いスペクトル帯域内、すなわち光
源12の照明スペクトルの一部分にのみ存在する。図２の
（ｂ）は、放射光波長の関数として所望の強度の放射光
を出力するために白熱電球に要求される入力電力のグラ
フを示し、グラフは３つの異なる各波長で放射光に対し
て非直線的な関係を表している。したがって、検出器18
のような単一の検出器の光検出器電流は、図２の（ａ）
の直線的な関係を特徴付けるのに十分に狭いスペクトル
帯域内において光度の正確な予測装置である。スペクト
ルの広い部分にわたって放射光を制御する場合、放射さ
れた放射光のスペクトルの相対的な形状を特定するため
に光源から出力された光の分離した狭いスペクトル帯域
をサンプルするために２つ以上の光検出器が使用されて
もよい。

【００１３】図２の（ａ）の直線的な関係は、蛍光灯お
よびアークランプ（重水素およびキセノン放電源）のよ
うな別のタイプの光源に対する広いスペクトル帯域に対
しても適応可能であり、ここにおいて放射された放射光
のスペクトル分布は、光源に対する入力電力における限
定された変化の範囲内において比較的大きいスペクトル
帯域にわたって本質的に一定である。したがって、これ
らの別のタイプの光源に対して検出器18の光検出器電流
は広いスペクトル帯域内の光度の正確な予測装置であ
る。この広いスペクトル帯域内において、単一の光検出
器は光源12によって出力された光の強度だけでなく相対
的なスペクトル分布もまた直線形態で制御するために使
用されてもよい。

【００１４】動作におい、検出器18は検出器18に入射し
たビーム14の光に応答して光電流を出力する。メータ28
は検出器18によって出力された電流を測定する。所望な
らば、光源12の光の強度は変換器30を介してメモリ34に
検出器18を接続するためにスイッチ20を動作することに
よって蓄積される。アナログ光電流は、メモリ34におけ
る蓄積のために光電流の振幅を表すデジタル的にフォー
マットされた電気信号にＡ／Ｄ変換器30により変換され
る。したがって、変換器30または入力装置36のいずれか
を介してメモリ34に強度データを入力する２つのモード
が存在する。前にメモリ34に蓄積された強度の所望の値
は、システム10のフィードバックループの動作のための
基準信号として機能するように増幅器38の１つの入力端
子にＤ／Ａ変換器32を介して出力される。フィードバッ
クループは、差動増幅器38の第２の入力端子に検出器18
を接続するようにスイッチ20の動作によって閉じられ
る。それによって、差動増幅器38は検出器18の光電流と
メモリ34によって供給された電流の基準値との間の差に
比例した電気信号をフィルタ40に出力する。光電流と基
準電流との間の差はループエラーを表す。増幅器38の利
得は、光源12によって放射された光の強度を正確に制御
するためにループエラーに対するシステム10の所望の感
度を提供するように良く知られたフィードバック制御に
したがって選択される。良く知られたフィードバック制
御理論にしたがって進相・遅相フィルタまたはローパス
フィルタであってもよいフィルタ40はフィードバックル
ープの動作を安定させる。

【００１５】較正光源12の較正は、標準光源26を使用し
て、および、または標準検出器18Aを使用して達成され
る。これら２つの方法は以下のように行われる。

【００１６】標準光源26を使用することによって較正光
源12を較正するために、検出器18は光源12からの光がな
いときに標源26からの光により照明される。検出器18に
よって出力された結果的な光電流は基準信号として機能
するようにメモリ34に蓄積される。続いて、標準光源26
の光を消した後、較正光源が付勢され、システム10はメ
モリ34からの蓄積された基準信号の使用によって動作さ
れる。検出器18のフォトダイオードはフォトダイオード
が長時間使用されても実質的にドリフトがなく、光電流
対光強度のその特性を正確に再生する。したがって、シ
ステム10のフィードバックループの使用時に強度制御装
置24は、標準光源26の光の強度の以前に測定された値に
実質的に等しい値に光源12の強度を制御するために較正
光源12に適切なパワーを供給する。較正光源12の強度の
ある別の値が所望された場合、これは装置36を介してメ
モリ34にある別の強度値を入力し、増幅器38に対する基
準としてこの値を使用することによって容易に達成され
る。

【００１７】標準検出器18A の使用によって較正光源12
を較正するために、検出器18は検出器18の位置に配置さ
れる標準検出器18A によって置換される。標準光源26は
消勢され、標準検出器18A は較正光源12からの光により
照明される。標準検出器18Aによって出力された結果的
な光電流は較正光源12の絶対放射光強度を示す。したが
って、較正光源12の放射光強度が知られる。その後、較
正光源12は既知の強度で光を連続的に放射し、標準検出
器18A は較正光源12により照明される検出器18により置
換される。検出器18は放射光強度の既知の値を表す光電
流を出力し、この光電流の値は基準信号として機能する
ようにメモリ34に蓄積される。システム10は、上記の前
の較正過程と同じ方法でメモリ34からの蓄積された基準
信号の使用によって動作の準備ができる。

【００１８】図３において、強度制御装置24（図１）の
機能は可変電源42およびアイリス44のような放射光減衰
器によって与えられる。本発明の好ましい実施例の説明
でアイリス44が使用されているが、図３におけるアイリ
ス44の概略図は機械的放射光減衰器および電気・光放射
光減衰器の両方を含むその他の形態の放射光減衰器もま
た表していることが理解されるであろう。機械的放射光
減衰器は上記のアイリス44および較正光源12から放射さ
れた光の量を減衰するために調節されることができるス
クリーン、並びに放射光を減衰するために相対的に回転
されてもよい１対の交差された偏光ディスクを含む。光
源12は楕円形反射器のような反射器48内の中心に位置さ
れた白熱タングステン電球46を含む。所望ならば、タン
グステン電球46はハロゲン蒸気のようなガスを充填され
てもよい。電球46の端子は、電力を受けるために電源42
と接続する。電源42の端子50は、電源電圧の手動選択を
行なわせる手動動作信号源52によって供給された制御信
号に応答して出力電圧の電気調節を可能にする。

【００１９】検出器18はシリコンフォトダイオード54お
よびフォトダイオード54によって観測される光源12から
の光を通過させる光フィルタ56を含む。例えば、フィル
タ56は赤色フィルタ、青色フィルタ、または他の色のフ
ィルタであってもよい。さらに、検出器18に内蔵された
演算増幅器58はフォトダイオード54の端子に結合され、
フォトダイオード54によって出力された電流に応答し
て、出力信号を制御装置22に供給する。したがって、増
幅器58は光電流を感知し、光電流の大きさを示す信号を
制御装置22に供給する。図面を簡略化するために、図１
のメモリ34が図３では省略されている。サーボモータの
ような電気機械的調節装置60はアイリス44の孔62を拡大
或いは縮小するためにアイリス44を動作するように制御
装置22の出力信号によって付勢される。アイリス孔62は
較正光源12から放射するビーム14Aの断面寸法を設定す
る。

【００２０】図３はシステム10の１部分を形成する装置
64に備えられた光拡散室を含む。それは図面を簡略化す
るために図１から除去されている。拡散装置64におい
て、光拡散室は球66内を中心とする拡散反射バッフル68
を持つ拡散反射内面を有する積分または平均球66として
構成されている。球66の入口ポート70は較正光源12の光
をビーム14A によって球66に入射することを可能にす
る。光は球の内面およびバッフル68の表面から多重反射
し、光は正確な孔72を介して球66を出て、その光の１部
分は観測ポート74を介して出る。球66内において、光は
拡散的に非鏡面的にあらゆる方向にランダムに反射さ
れ、放射される特定の方向または区域を有しないように
ランダムに孔72を介して球66を出る。図３において、孔
72を介して球66を出る光は図１の放射測定装置への放射
光の発散光束14B として示されている。拡散室または球
66は出口ポート、すなわち球66の正確な孔72内の各点に
おいて単位面積当り単位立体角当りの一定の放射光パワ
ーを有する均一の輝度の光源を生成する。

【００２１】ポート74を介して球66を出る光はフィルタ
56を通ってフォトダイオード54に進む。バッフル68は入
口ポート50から出口孔72への光の直接の伝送を阻止し、
光束14B を横切る光強度の均一性を確保するために光を
球66内で多重反射させる。さらに、均一の光強度の発生
は観測ポート74を介して球66を出る光のサンプルが出口
孔72を介して放射測定装置16に伝送された光の正確な表
示であることを保証する。

【００２２】均一の輝度および既知の面積の理想化した
光源をシミュレートする１実施例の正確な孔72は次の状
態において放射された光の幾何学的特性の決定を可能に
する。（１）光源において単位面積当りの放射光パワー
の決定、（２）単位立体角当りの面積当りの放射光パワ
ーの決定、（３）垂直線から孔の平面の中心への一定の
距離および方向における単位面積当りの放射光パワーの
決定。これらは全て放射光測定較正を実行するために有
用な幾何学的形状である。これは工業用および実験用、
並びに例えば宇宙船搭載における本発明の一般の利点の
１例である。

【００２３】球66の構成の１実施例において、球66はア
ルミニウムのような金属または他のベース材料から構成
され、球66の内面上に高反射拡散仕上げを被覆されるこ
とができる。バッフル68は球66の構成と同じ材料から構
成されることができる。

【００２４】図１のシステム10を参照して上述された動
作に続いて、図３に開示された本発明の実施例の動作に
ついて説明する。図３において、電源42は実質上均一の
スペクトル分布を有する光を生成するためにランプ46を
付勢するのに望ましい出力電圧に手動で設定される。ラ
ンプ46によって生成された光は放射測定装置16を較正ま
たは試験するのに必要なパワーよりも大きく、アイリス
44の隔板のほうに光ビームを導くために反射器48によっ
て集められる。アイリス44は光源12間にビーム14A 内の
球66の方向に伝播する光パワーの量を減少するように動
作する。積分球66内の損失を除くビーム14A のパワーは
光束14B に現れ、光束14B 内の強度を与える。アイリス
44の孔の縮小は光束14B の光の強度を減少するように作
用し、一方アイリス44の孔の拡大は光束14B 内の光の強
度を増加するように作用する。検出器18のフォトダイオ
ード54は増幅器58と共同して制御装置22に入力されるた
めの孔72における光の強度を示す電流の測定を行う。感
知された光の強度はアイリス44を開放または閉鎖する調
節装置60を動作するように制御装置22によって基準強度
と比較され、ライン76の基準信号（図１および図３に図
示）によって与えられるような強度の基準値に対して出
力された光の強度を等しくする。さらに、光束14B の強
度の制御は本発明の好ましい実施例において赤色または
青色フィルタのような狭帯域幅フィルタであるフィルタ
56を使用することによってスペクトルの特定部分に基づ
くことができる。しかしながら、もし望ましいならば、
フィルタはフォトダイオード54が狭いスペクトル領域で
はなく広いスペクトル領域にわたって平均された光パワ
ーに応答することが可能な帯域幅フィルタであってもよ
い。フィルタ56の選択は放射測定装置16によって使用さ
れる試験または較正プロセスの特徴に基づき、さらに上
述のような光源の特徴の検討に基づく。例えば、光源は
ランプの強度に対する光電流の線形関係が存在する狭い
スペクトル帯域を有する白熱灯であるか、或いは関係が
さらに広いスペクトル領域にわたって延在する蛍光灯で
あってもよい。

【００２５】図４を参照すると、本発明の実行に関する
上記原理はまた拡散反射内面を有するほぼ球形に形成さ
れた容器78（図４）内に複数のランプ46（図３）を配置
することによって構成されることができる。上記のよう
に、ランプ46はタングステンフィラメントによって白熱
灯として構成される。ランプ46のこの構成が例えば蛍光
灯およびアーク灯のような他の形態のランプによって実
行できることを理解すべきである。検出器18はまた容器
78内に取付けられ、容器78の内面に取付けられ、放射状
に内側に延在するバッフル80によって直接全てのランプ
46から遮蔽される。ランプ46によって生成された光は容
器78の出口ポート82における均一の光の強度を与えるた
めに容器78内において多重反射する。ポート82を介して
容器78を出る光は光束14c として放射測定装置16の試験
または較正のために放射光測定装置16に向けて進行す
る。図４において、強度制御装置24、制御装置22、およ
びメモリ34等の図１に示された種々の制御素子は図面の
簡略化のために省略されている。図４の実施例のこれら
の制御素子の動作は図１を参照して上述されたものと同
じであることを理解すべきである。内面拡散反射プラス
バッフルによる球形構造の使用は図４に示されているよ
うに図３の拡散装置64を参照して上述されたものと同じ
原理にしたがって動作する。したがって、図４は図１の
説明について上述されたものにしたがって動作するシス
テム10の素子の別の形態を教えるように作用する。

【００２６】図４の実施例は宇宙空間において地球を一
周する宇宙船に搭載された放射測定装置16の較正に有用
である。そのような較正は地上の実験室の空気環境内で
はなく真空内において行われる。真空環境はシステムの
素子に対して空気環境にあるものと異なる作用を生じさ
せる。空気の存在は図３のランプ46および反射器48の冷
却のような対流による加熱された素子の冷却を生じさせ
る。しかしながら、真空中では、そのような対流冷却は
存在せず、光源の温度は空気中よりも真空中のほうが高
くなる。光源の温度は光源により放射された光の強度お
よびスペクトル分布に影響を与える。したがって、光検
出器電流の監視による標準光源26に対する光源12の較正
はたとえ電力入力が空気較正におけるのと同じだとして
も図１に示されたように真空中での光源の動作において
不正確さを生じさせる。大きい正確さは真空環境におい
て検出器18の光電流を監視し、必要な光電流を生じるラ
ンプ46に入力された電力を調節することによって得られ
る。フォトダイオードはその後の真空中の使用のために
空気環境において標準光源26に対して較正されることが
できる。なぜなら、フォトダイオードは空気および真空
中における光電流と入射光強度の関係を保持するからで
ある。図４の実施例は容器78内のランプ46および他の素
子の放射冷却を容器78が与えるので真空中の動作に特に
便利である。したがって、地上の実験室において最初に
実行された複数のランプ46の空気環境での較正の正確さ
は地球圏外の宇宙船への装置の移送によっても維持され
る。

【００２７】図５は図１のシステム10の変形であるシス
テム10A を示す。図５のシステム10A は較正光源12の光
のスペクトル分布の制御を行い、同時に放射測定装置16
に入射する出力光束14D の光の強度の制御を行う。シス
テム10A の構成に使用された素子は分割器84および図１
乃至図３を参照して上述された他の素子を含む。したが
って、較正光源12の入力電力は端子50に供給された電気
信号に応答する可変電源42によって供給され、光源12か
ら取出された電力の量は調節装置60の制御下でアイリス
44によって制限される。球66（図３）は図５に示された
付加的な観測ポートを含むことを除いて球66と同じ構造
を有する球66A と交換される。したがって、球66A は上
述のように青色スペクトル成分および赤色スペクトル成
分をそれぞれ観測する２つの観測ポート74B,74R を有す
る。アイリス44を介して結合された較正光源12の光は入
力ポート70を介して球66A に入射し、球66A の内面およ
びバッフル68の表面において内面拡散反射を行い、図３
の球66を参照して上述されたように正確な孔72を介して
球66A を出る。図５において、正確な孔72からの光の出
力光束14D は放射測定装置16を照射する。

【００２８】本発明のこの実施例の特徴によると、２つ
のフォトダイオード54B,54R は同時にポート74B,74R を
介して光を観測するために２つの光フィルタ54B,54R に
よってそれぞれ使用される。フォトダイオード54B,54R
およびフィルタ56B,56R の構造および動作は図３のフォ
トダイオード54およびフィルタ56について説明したのと
同様である。フォトダイオード54B,54R の出力光電流は
それぞれ増幅器58B,58R によって感知され、増幅器58B,
58R は図３の増幅器58に関して上述されたものと同じ構
成および動作を有する。フィルタ56B は球66A 内の光の
青色スペクトル成分のみを光検出器54B に通過させる狭
帯域幅フィルタである。同様に、フィルタ56R は球66A
内の光の赤色スペクトル成分のみをフォトダイオード54
R に通過させる狭帯域幅フィルタである。増幅器58B,58
R はそれぞれフォトダイオード54B,54R の光電流に比例
する信号を差動増幅器38A の２つの入力端子に同時に出
力する。増幅器38A は図１の増幅器38と同様に機能す
る。図５の増幅器38A は増幅器58B,58R によって出力さ
れた信号を共に合計し、光束14D の光強度を示す合計信
号を供給し、合計信号と基準強度を示すライン76A の基
準信号を比較する。ライン76A の基準信号は図３のライ
ン76の基準信号に対応し、光束14D の所望の光強度を出
力して図５のアイリス44を制御するために図３のライン
76の基準信号と同様に用いられる。

【００２９】動作において、差動増幅器38A の出力信号
は孔44を制御するように調節装置60を動作するためにフ
ィルタ40A を介して供給される。フィルタ40A 並びに別
のフィルタ40C は図１のフィルタ40と同様に構成され動
作する。さらに、図５において、２つのメモリ34A,34C
が設けられ、メモリ34A,34C は図１のメモリ34を参照し
て上述されたものと同じ構成および動作を有する。入力
装置36はデータをメモリ34A,34C の一方に手動により入
力することができる。メモリ34A はデジタル形態で光束
14D の光強度の基準値を記憶し、メモリ34A によって出
力された信号は増幅器38A の動作に対してライン76A の
基準信号を供給するために変換器32A によってデジタル
からアナログ形態に変換される。図５の変換器32A およ
び別の変換器32C は図１のデジタル−アナログ変換器32
に対して上記開示されたものと同じ構成および動作を有
する。図１の変換器30と同様に機能する２つのアナログ
−デジタル変換器30B,30R が図５の回路に設けられてい
る。

【００３０】光束14D の光のスペクトル分布の制御に対
する本発明の特徴によると、図５に示されているよう
に、増幅器58B,58R の出力光電流信号はそれぞれ変換器
30B,30R によってアナログからデジタル形態に変換さ
れ、分割器84の入力端子に供給され、２つの光電流信号
の比率を形成する。比率は赤色成分の振幅で分割された
青色成分の振幅を示す。色比率は分割器84によって図１
の増幅器38と同様に機能する差動増幅器38C に出力され
る。図５において、増幅器38C はメモリ34C からライン
76C を介して基準信号を受信し、ライン86のループエラ
ー信号をフィルタ40C に出力するために色比率と基準信
号を比較する。ライン86のループエラー信号は入力装置
36を介してメモリ34C に予め入力された所望の光のスペ
クトル分布からの出力光束14D の光のスペクトル分布の
発散を示す。ライン86のエラー信号はフィルタ40C によ
ってフィルタ処理され、変換器32C によってデジタルか
らアナログ形態に変換される。変換器32C によって出力
されたアナログ信号は光のスペクトル分布の補正のため
に較正光源12に供給された電力を増加或いは減少するよ
うに電源42の端子50に供給される。差動増幅器38C の動
作および形態に関して、上述の動作は図１の増幅器38の
動作と同じであるが、増幅器38C はデジタル形態にされ
た信号によって動作するように構成されている。さら
に、分割器84はデジタル形態にされた信号によって動作
するように構成されている。

【００３１】別の形態によって、アナログ形態に構成さ
れることができる。その場合において分割器84は増幅器
58B,58R の信号が変換器34B,34R を使用せずに分割器84
に直接供給される。そのようなアナログ構成において
は、増幅器38C はアナログ回路で構成され、フィルタ40
C もまたアナログ回路で構成され、フィルタ40C の出力
信号は変換器32C を使用せずに電源42に直接供給され
る。図５に示されたようなデジタル形態はデジタル記
憶、分割、フィルタ処理、加算、および減算のような機
能を実行するデジタルマイクロコンピュータの利用が容
易であるため好ましい。増幅器38A およびフィルタ40A
はアナログ形態で構成される。しかしながら、もし所望
ならば、増幅器38A への青色および赤色入力信号が変換
器30B,30R の出力端子から抽出される場合、増幅器38A
およびフィルタ40A はデジタル形態で構成されることが
できる。本発明の原理はアナログまたはデジタル形態に
関係なく適用され、システム10A の構成に用いられる。

【００３２】増幅器38A のエラー信号によるアイリス44
の制御および増幅器38C によって出力されたエラー信号
による電源42の電力の制御は光源12の光の制御のために
２つの分離した帰還ループを構成することに注意すべき
である。２つの帰還ループは同時に動作する。アイリス
44により動作するループは光のスペクトル分布に影響を
与えることなく光の強度のみに影響を与える。しかしな
がら、電源42により動作するループは光の強度およびス
ペクトル分布の両方に影響を与える。上述のように、較
正光源12に入力された電力の増加は赤色スペクトル成分
の増加よりも大きい青色スペクトル成分の増加をもたら
す。したがって、これらの２つの成分の比率の調節にお
いて、光源12によって出力された全光パワーの変化が必
要とされる。光パワーのそのような変化はアイリス44の
動作によって補償されなければならない。

【００３３】両方の帰還ループが手作業の介在なしに動
作することができるように、電源42を動作するスペクト
ル制御ループはフィルタ40C によって比較的遅いダイナ
ミック応答特性を与えられる。対照的に、アイリス44を
動作するループはフィルタ40A によって比較的速いダイ
ナミック応答特性を与えられる。アイリス44を動作する
ループの応答時間は電源42を動作するループの応答時間
よりも１０倍以上速い。例えば、電源42を動作するルー
プは１秒の時定数または応答時間を有し、アイリス44を
動作するループ０．１秒の時定数または応答特性を有す
ることができる。２つのダイナミック応答特性のこの関
係はアイリス44の強度制御がスペクトル制御の動作によ
って生じられた強度の変化に追従することができること
を保証する。したがって、両方の帰還ループは安定して
動作することができる。

【００３４】本発明の別の実施例によって、図５の青色
および赤色フィルタ56B,56R の使用によるスペクトル分
布の評価はまた光のさらに別の周波数または色帯域の試
験によって行われることもできる。例えば、別のフォト
ダイオード（図示せず）を有する緑色フィルタは赤色光
強度で割算された緑色光強度の色比率を得るために使用
されることができる。赤色で割算された緑色および、赤
色で割算された青色の２つの色比率は図５の単一の色比
率（赤色で分割された青色）の代りに平均され図５の増
幅器38C に与えられる。ライン86の増幅器38C の出力信
号はライン76Cの基準信号と比較された複数の色比率の
平均の差スペクトル分布を示す。

【００３５】本発明の上述の実施例は単なる例示であ
り、その変形は当業者によって容易に為されることを理
解すべきである。したがって、本発明はここに開示され
た実施例に限定されるものではなく、添付特許請求の範
囲によってのみ限定される。

【図面の簡単な説明】

【図１】放射測定装置の正確な較正を可能にするように
光源により放射された光の強度を制御するシステムのブ
ロック図。

【図２】フォトダイオードによって放射された光電流と
フォトダイオードに入射した光の強度との間の直線的な
関係、並びに複数の各放射光波長における白熱電球によ
って放射された光の強度と電球に入力された電力との間
の非直線的な関係をそれぞれ示したグラフ。

【図３】図１のシステムの詳細および光度を制御するた
めのアイリスの使用方法を示したブロック図。

【図４】放射測定装置を較正する光源を提供するために
拡散反射するハウジング内の電球および検出器の取付け
方法を示した図。

【図５】放射測定装置の正確な較正のための光のスペク
トル分布および強度の両方の同時自動制御を含む図１の
システムのさらに詳細なブロック図。

【符号の説明】

10…較正システム、12…光源、16…放射測定装置、18…
検出器、24…強度制御装置、26…標準光源、30,32 …変
換器、34…メモリ、38…増幅器、40…フィルタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−196128（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−186129（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−67152（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−68523（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−96226（ＪＰ，Ａ)

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を放射するために電流によって光源を
   付勢する手段と、 入射された放射光と入射放射光に応答して出力された検
   出器電流の間に一定の関係を有する複数の周波数帯域に
   おける放射光を検出する光検出器手段と、 前記付勢手段によって光源に入力されたパワーの量に依
   存する放射光の実際のスペクトル分布の前記複数の周波
   数のそれぞれにおける放射光強度を与え、光源から前記
   光検出器手段への放射光入射に応答して前記光検出器手
   段によって出力された電流を監視する手段と、 放射光の差分布を得るために前記実際のスペクトル分布
   と基準スペクトル分布を比較する手段と、 前記差分布を減少および、または増大するために、前記
   付勢手段を活性化して前記放射光の実際のスペクトル分
   布を変更する変更手段と、 放射光強度の基準値を示す光検出器電流の基準値を生成
   するために放射光強度を調節する手段とを備えており、 ここで、前記スペクトル分布を変更する手段と前記放射
   光強度を調節する手段が同時に動作する ことを特徴とす
   る光源によって放出された放射光の強度およびスペクト
   ル分布を設定するシステム。
2. 【請求項２】 実際のスペクトル分布の前記変更は光源
   より出力されるパワーの変化を生じさせ、 前記調節手段はパワーの変化を補償し、放射光強度の基
   準値を得るために放射光の強度を変更する放射光減衰器
   を含んでいる請求項１記載のシステム。
3. 【請求項３】 前記放射光減衰器はアイリスである請求
   項２記載のシステム。
4. 【請求項４】 前記放射光減衰器はスクリーンである請
   求項２記載のシステム。
5. 【請求項５】 前記放射光減衰器は交差偏光子である請
   求項２記載のシステム。
6. 【請求項６】 前記放射光減衰器は電子−光学装置であ
   る請求項２記載のシステム。
7. 【請求項７】 前記監視手段は前記周波数帯域の第１の
   周波数帯域における放射光強度の値を前記周波数帯域の
   第２の周波数帯域における放射光強度の値で除算する手
   段を備え、色比率によって実際のスペクトル分布の測定
   値を得て、前記基準分布は基準色比率によるものである
   請求項１記載のシステム。
8. 【請求項８】 前記検出手段に放射光を与える前に、均
   一の放射光強度を得るために放射光を平均する光拡散室
   を含む手段をさらに備え、放射光の一部分は外部放射測
   定装置の較正作用をするように前記検出手段と反対方向
   に前記平均手段を出る請求項１記載のシステム。
9. 【請求項９】 前記拡散室は放射光が前記検出手段の方
   向に伝播して前記拡散室を出る出力ポートを含み、前記
   平均手段は前記孔を通って伝播する放射光の単位面積当
   りおよび単位立体角当りの放射光パワ−を決定するため
   に前記出口ポートに位置された正確な孔をさらに具備し
   ている請求項８記載のシステム。